CN112003242B - 一种汽车中igbt驱动电源的保护装置、方法和汽车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车中IGBT驱动电源的保护装置、方法和汽车，该装置包括：输入防反接保护电路和负载短路保护电路；其中，所述输入防反接保护电路，设置在所述IGBT驱动电源的输入端，用于对所述IGBT驱动电源进行输入防反接保护处理；所述负载短路保护电路，设置在所述IGBT驱动电源的输出端，用于对所述IGBT驱动电源进行输出短路保护。本发明的方案，可以解决车载电源的安全性差的问题，达到提升车载电源的安全性的效果。

Description

一种汽车中IGBT驱动电源的保护装置、方法和汽车

技术领域

本发明属于汽车技术领域，具体涉及一种汽车中IGBT驱动电源的保护装置、方法和汽车，尤其涉及一种新型的用于电动汽车中IGBT驱动电源的输入防反接保护及输出负载短路保护电路、方法和汽车。

背景技术

随着新能源电动汽车行业的发展，汽车电子设备功能安全的问题越来越受到行业的重视。针对车载电源类产品，需要满足反极性试验项的要求，都必须设计输入端防反接保护电路，因为当电源线反接时，电子元件和电池因电压反向而击穿损坏，若不及时将反接电源切断，甚至可能出现工作人员触电等危险状况的发生。

上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种汽车中IGBT驱动电源的保护装置、方法和汽车，以解决车载电源的安全性差的问题，达到提升车载电源的安全性的效果。

本发明提供一种汽车中IGBT驱动电源的保护装置，包括：输入防反接保护电路和负载短路保护电路；其中，所述输入防反接保护电路，设置在所述IGBT驱动电源的输入端，用于对所述IGBT驱动电源进行输入防反接保护处理；所述负载短路保护电路，设置在所述IGBT驱动电源的输出端，用于对所述IGBT驱动电源进行输出短路保护。

可选地，所述输入防反接保护电路，包括：第一二极管、第一开关管、第一分压模块、第二分压模块、第二二极管；其中，DC电源的正极连接至所述第一开关管的第一连接端，还连接至所述第一二极管的阳极；所述第一二极管的阴极连接至所述第一开关管的第二连接端，还连接至所述第二分压模块的第一端，还连接至所述第二二极管的阴极；所述第二分压模块的第二端，连接至第一开关管的控制端，还连接至第一分压模块的第一端；DC电源的负极连接至第一分压模块的第二端，还连接至第二二极管的阳极。

可选地，所述第一开关管包括P沟道MOS管，所述第二二极管包括TVS管，所述第一分压模块包括第一电阻，所述第二分压模块包括第二电阻。

可选地，所述IGBT驱动电源，包括：第一滤波模块、第二滤波模块、第二开关管、变压器和第三二极管；其中，所述第一滤波模块设置在所述输入防反接电路的输出端，所述第二滤波模块设置在所述负载短路保护电路的输入端；所述变压器的原边绕组和所述第二开关管构成的原边控制支路与所述第一滤波模块并联；所述变压器的副边绕组和所述第三二极管构成的副边控制支路与所述第二滤波模块并联。

可选地，所述负载短路保护电路，包括：第一控制模块、第二控制模块、第三控制模块和短路保护模块；其中，所述第一控制模块、所述第二控制模块、所述第三控制模块和所述短路保护模块自上向下依次设置；所述第二控制模块和所述第三控制模块形成的控制支路，与所述第一控制模块并联设置。

可选地，所述第一控制模块，包括：第三电阻和第五开关管；第二控制模块，包括：第四电阻和第三开关管；第三控制模块，包括：第五电阻和第四开关管；短路保护模块，包括：第六电阻；其中，所述第三电阻的第一端接所述IGBT驱动电源的输出端的第一端，还接第五开关管的第一连接端；所述第三电阻的第二端接所述第五开关管的控制端，还经所述第四电阻和所述第五电阻后连接至所述第四开关管Q4的控制端，所述第五开关管的第二连接端经所述第六电阻后连接至负载的第二端；所述第三电阻的第二端还连接至所述第三开关管Q3的第一连接端，所述第三开关管Q3的控制端连接至第四电阻和第五电阻的公共端；所述第三开关管Q3的控制端还连接至所述第四开关管Q4的第一连接端；所述第四开关管Q4的控制端连接至所述第五开关管的第二连接端；所述第四开关管Q4的第二连接端连接所述第三开关管Q3的第二连接端，还连接负载的第一端。

与上述装置相匹配，本发明再一方面提供一种汽车，包括：以上所述的汽车中IGBT驱动电源的保护装置。

与上述汽车相匹配，本发明再一方面提供一种汽车的汽车中IGBT驱动电源的保护方法，包括：通过输入防反接保护电路，设置在所述IGBT驱动电源的输入端，用于对所述IGBT驱动电源进行输入防反接保护处理；通过负载短路保护电路，设置在所述IGBT驱动电源的输出端，用于对所述IGBT驱动电源进行输出短路保护。

由此，本发明的方案，通过在电源的输入端利用功率P沟道MOS管设计了防反接保护电路，可以避免电池和电子元器件因电压反向而击穿；并在电源输出端利用PNP晶体管设计了短路保护电路，在IGBT模块异常损坏导致G和E之间短路时立即起到保护作用；解决车载电源的安全性差的问题，达到提升车载电源的安全性的效果。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的汽车中IGBT驱动电源的保护装置的一实施例的结构示意图；

图2为电源的输入输出保护电路的一实施例的结构示意图；

图3为电源的输入防反接保护电路的一实施例的结构示意图；

图4为电源的输出短路保护电路的一实施例的结构示意图；

图5为本发明的汽车中IGBT驱动电源的保护方法的一实施例的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

根据本发明的实施例，提供了一种汽车中IGBT驱动电源的保护装置。参见图1所示本发明的装置的一实施例的结构示意图。该汽车中IGBT驱动电源的保护装置可以包括：输入防反接保护电路和负载短路保护电路。

在一个可选例子中，所述输入防反接保护电路，设置在所述IGBT驱动电源的输入端，可以用于对所述IGBT驱动电源进行输入防反接保护处理，以防止电子元件和电池因电压反向而击穿损坏。

可选地，所述输入防反接保护电路，可以包括：第一二极管(如二极管D1)、第一开关管(如MOS管Q1)、第一分压模块(如电阻R1)、第二分压模块(如电阻R2)、第二二极管(如二极管D2即TVS管D2)。

其中，DC电源的正极连接至所述第一开关管的第一连接端(如MOS管Q1的漏极)，还连接至所述第一二极管的阳极。所述第一二极管的阴极连接至所述第一开关管的第二连接端(如MOS管Q1的源极)，还连接至所述第二分压模块(如电阻R2)的第一端，还连接至所述第二二极管的阴极。所述第二分压模块(如电阻R2)的第二端，连接至第一开关管的控制端(如MOS管的栅极)，还连接至第一分压模块(如电阻R1)的第一端。DC电源的负极连接至第一分压模块(如电阻R1)的第二端，还连接至第二二极管的阳极。

具体地，DC电源的正极连接至第一开关管Q1的漏极，还连接至第一二极管D1的阳极。第一二极管D1的阴极连接至第一开关管Q1的源极，还连接至第二电阻R2的第一端，还连接至第二二极管D2的阴极。第二电阻R2的第二端，连接至第一开关管Q1的栅极，还连接至第一电阻R1的第一端。DC电源的负极连接至第一电阻R1的第二端，还连接至第二二极管D2的阳极。

由此，通过所述输入防反接保护电路，可以减少电路元器件，降低物料成本，提高电路的可靠性。

更可选地，所述第一开关管可以包括P沟道MOS管(如MOS管Q1)，所述第二二极管可以包括TVS管(如TVS管D2)，所述第一分压模块可以包括第一电阻(如电阻R1)，所述第二分压模块可以包括第二电阻(如电阻R2)。

具体地，在输入防反接保护电路A中，MOS管Q1的作用是开关，控制电源DC的开通与关断。第一二极管D1的作用是在上电初始时刻，起到导通作用。第一电阻R1和第二电阻R2的作用是分压，用来控制MOS管Q1的开通。TVS管D2可以用稳压二极管替代，稳压二极管的选取依据是稳压值Vz大于MOS管Q1的开通电压，小于其最大开通电压。

当蓄电池的输入极性反接时，第一开关管Q1(即功率P沟道MOS管Q1)不导通，阻断供电回路进行保护。当蓄电池的输入极性正接时，上电瞬间，第一二极管D1先导通，第二电阻R2和第一电阻R1进行分压，第二电阻R2两端电压为左负右正，第一开关管Q1(即功率P沟道MOS管Q1)导通，第一开关管Q1(即功率P沟道MOS管Q1)导通电压低于第一二极管D1导通电压，因此正常工作时，电流从第一开关管Q1(即功率P沟道MOS管Q1)通过，完成电源的输入供电工作。因为第一开关管Q1(即功率P沟道MOS管Q1)导通电压低于第一二极管D1导通电压，所以此电路静态损耗低，更节能。

由此，通过所述输入防反接保护电路，采用的是用功率P沟道MOS管，相比于二极管阻断降低额定输入电压下产品的静态电流损耗，还可以减少电路元器件，降低物料成本，提高电路的可靠性。

在一个可选例子中，所述负载短路保护电路，设置在所述IGBT驱动电源的输出端，可以用于对所述IGBT驱动电源进行输出短路保护，以能在所述IGBT驱动电源中IGBT模块异常损坏导致G和E之间短路时立即起到保护作用。

由此，通过使中IGBT驱动电源的输入端具有防反接保护，输出端具有负载短路保护，可以提升汽车的安全性能，且结构简单、成本低。具体地，在驱动模块IGBT异常损坏导致G-E之间短路时，该电路能立即起到保护作用，不会影响其他驱动模块电源的正常工作，这样就能可靠的控制其余IGBT的关断，安全停车，保障车内人员安全，这对电动汽车来说至关重要。另外，负载短路保护电路是一种新的实现方法，而且电路简单，在驱动板PCB布局时是很方便实现的。

可选地，所述IGBT驱动电源，可以包括：第一滤波模块(如电容C1)、第二滤波模块(如电容C2)、第二开关管(如MOS管Q2)、变压器(即变压器T1)和第三二极管(如二极管D3)。

其中，所述第一滤波模块设置在所述输入防反接电路的输出端，所述第二滤波模块设置在所述负载短路保护电路的输入端。所述变压器的原边绕组和所述第二开关管构成的原边控制支路与所述第一滤波模块并联。所述变压器的副边绕组和所述第三二极管构成的副边控制支路与所述第二滤波模块并联。

具体地，第一电容C1、第二开关管Q2(如MOS管Q2)、变压器T1、第三二极管D3和第二电容C2。其中，第一电容C1并联在输入防反接保护电路A的输出端，即第一电容C1的第一端接第二二极管D2的阴极，第一电容C1的第二端接第二二极管D2的阳极，第二电容C2并联在负载短路保护电路C的输入端。第一电容C1的第一端连接至变压器T1的原边绕组的同名端，第二开关管Q2的栅极为控制端IC，第二开关管Q2的漏极连接至变压器T1的原边绕组的异名端，第二开关管Q2的源极连接第一电容C1的第二端并接变压器T1的副边绕组的异名端。变压器T1的副边绕组的异名端连接第三二极管D3的阳极，第三二极管D3的阴极接第二电容C2的第一端。变压器T1的副边绕组的同名端连接第二电容C2的第二端并接数字接地(或参考接地)。

由此，通过使IGBT驱动电源采用反激式开关电源，可以实现IGBT驱动，且结构简单、可靠性好。

可选地，所述负载短路保护电路，可以包括：第一控制模块、第二控制模块、第三控制模块和短路保护模块。

其中，所述第一控制模块、所述第二控制模块、所述第三控制模块和所述短路保护模块自上向下依次设置。所述第二控制模块和所述第三控制模块形成的控制支路，与所述第一控制模块并联设置。

由此，通过采用三组控制模块和短路保护模块构成负载短路保护电路，能在IGBT模块异常损坏导致G和E之间短路时立即起到保护作用，使得短路保护的可靠性高、安全性好。

更可选地，所述第一控制模块，可以包括：第三电阻(如电阻R3)和第五开关管(如开关管Q5)。第二控制模块，可以包括：第四电阻(如电阻R4)和第三开关管(如开关管Q3)。第三控制模块，可以包括：第五电阻(如电阻R5)和第四开关管(如开关管Q4)。短路保护模块，可以包括：第六电阻(如电阻R6)。

其中，所述第三电阻(如电阻R3)的第一端接所述IGBT驱动电源的输出端的第一端，还接第五开关管(如开关管Q5)的第一连接端(如开关管Q5的发射极)。所述第三电阻(如电阻R3)的第二端接所述第五开关管(如开关管Q5)的控制端(如开关管Q5的基极)，还经所述第四电阻(如电阻R4)和所述第五电阻(如电阻R5)后连接至所述第四开关管Q4的控制端(如开关管Q4的基极)，所述第五开关管(如开关管Q5)的第二连接端(如开关管Q5的集电极)经所述第六电阻(如电阻R6)后连接至负载的第二端。所述第三电阻(如电阻R3)的第二端还连接至所述第三开关管Q3的第一连接端(如开关管Q3的发射极)，所述第三开关管Q3的控制端(如开关管Q3的基极)连接至第四电阻(如电阻R4)和第五电阻(如电阻R5)的公共端。所述第三开关管Q3的控制端(如开关管Q3的基极)还连接至所述第四开关管Q4的第一连接端(如开关管Q4的发射极)。所述第四开关管Q4的控制端(如开关管Q4的基极)连接至所述第五开关管(如开关管Q5)的第二连接端(如开关管Q5的集电极)。所述第四开关管Q4的第二连接端(如开关管Q4的集电极)连接所述第三开关管Q3的第二连接端(如开关管Q3的集电极)，还连接负载的第一端。

具体地，第三开关管Q3(如开关管Q3)、第四开关管Q4(如开关管Q4)、第五开关管Q5(如开关管Q5)、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6和负载Rload。其中，第三电阻R3的第一端接第二电容C2的第一端，还接第五开关管Q5的发射极。第三电阻R3的第二端接第五开关管Q5的基极，还经第四电阻R4和第五电阻R5后连接至第四开关管Q4的基极，第五开关管Q5的集电极经第六电阻R6后连接至负载Rload的第二端。第三电阻R3的第二端还连接至第三开关管Q3的发射极，第三开关管Q3的基极连接至第四电阻R4和第五电阻R5的公共端。第三开关管Q3的基极还连接至第四开关管Q4的发射极。第四开关管Q4的基极连接至第五开关管Q5的集电极。第四开关管Q4的集电极连接第三开关管Q3的集电极，还连接负载Rload的第一端。负载Rload的第二端接第二电容C2的第二端。在负载短路保护电路C中，第三开关管Q3、第四开关管Q4和第五开关管Q5的作用是开关。第三电阻R3的作用是控制第五开关管Q5的开通与关断。第四电阻R4的作用是控制第三开关管Q3的开通与关断。第五电阻R5的作用是控制第四开关管Q4的开通与关断。第六电阻R6的作用是在短路之后，起到负载的作用。Us为电池电压值，第三电阻R3为电阻值较小的电阻，电流保护点由第三电阻R3和第六电阻R6共同决定。Rload为负载。

当负载正常工作时，流过负载Rload的电流为正常工作所需的电流值I0，流过第三电阻R3的电流近似等于负载Rload的电流为正常工作所需的电流值I0，U1＝I0*R3，因为第三电阻阻值R3较小，U1值较小，低于第五开关管Q5(即PNP晶体管Q5)的导通电压，第五开关管Q5(即PNP晶体管Q5)为截止状态，第六电阻R6两端的电压U3为0，U2＝Us-U1-U3，U2值大于导通电压，第三开关管Q3(即PNP晶体管Q3)和第四开关管Q4(即PNP晶体管Q4)处于饱和导通状态，负载通过所需电流。

当负载处于短路状态时，流过负载Rload的电路远远大于正常工作电流I0，第三电阻R3两端的电压U1大于第五开关管Q5(即PNP晶体管Q5)的导通电压0.7V，第五开关管Q5(即PNP晶体管Q5)导通，第六电阻R6的电压U3处于高电位，U2＝Us-U1-U3，U2电压很低于导通电压，第三开关管Q3(即PNP晶体管Q3)和第四开关管Q4(即PNP晶体管Q4)处于截止状态，负载被断开，起到短路保护的作用。

由此，通过所述负载短路保护电路，能在IGBT模块异常损坏导致G和E之间短路时，立即起到保护作用，保证电源故障不扩大化，不会影响其余电源的正常工作，汽车能安全停车，保障车内人员安全。

经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，通过使电源的输入端具有防反接保护，物料成本低，电路的可靠性高，可以避免电池和电子元器件因电压反向而击穿，提高了整车安全。使电源的输出端具有负载短路保护，在IGBT模块异常损坏导致G和E之间短路时，立即起到保护作用，保证电源故障不扩大化，不会影响其余电源的正常工作，汽车能安全停车，保障车内人员安全。

根据本发明的实施例，还提供了对应于汽车中IGBT驱动电源的保护装置的一种汽车。该汽车可以包括：以上所述的汽车中IGBT驱动电源的保护装置。

在一些方案中，在输入端放置一颗大功率TVS管，用于吸收5b脉冲电压，当输入极性反接时，TVS管正向导通，产生大电流回路，大电流流过保险丝FUSE，使FUSE熔断从而切断产品的输入供电进行保护。该方案的成本最低，但由于会损坏保险丝，事先还要与主机厂确认，已经逐渐被淘汰。

电动汽车不同于传统汽车，其动力由高压直流蓄电池唯一提供，通过IGBT构成的逆变器来生成三相交流电流驱动电机，完成汽车的行驶。当在汽车行驶中其中一个IGBT模块异常损坏导致G和E之间短路，将使其对应的供电电源发生异常，进而影响其余几路IGBT驱动电源的异常，造成其余IGBT模块不能正常关断，导致汽车不能安全停车，危害车内人身安全。

在一个可选例子中，本发明的方案设计的一种新型的用于电动汽车中IGBT驱动电源的输入保护及负载短路保护电路和方法，可以包括电源的输入端具有防反接保护，输出端具有负载短路保护。本发明的设计电路实用，简单，巧妙，成本低，提高了汽车安全性能。

可选地，输入端防反接保护功能，防止电子元件和电池因电压反向而击穿损坏，采用的是用功率P沟道MOS管，降低额定输入电压下产品的静态电流损耗，还可以减少电路元器件，降低物料成本，提高电路的可靠性。

这样，采用的是用功率P沟道MOS管，相比于二极管阻断降低额定输入电压下产品的静态电流损耗，还可以减少电路元器件，降低物料成本，提高电路的可靠性。

可选地，输出端负载短路保护功能，在IGBT模块异常损坏导致G和E之间短路时，立即起到保护作用，保证电源故障不扩大化，不会影响其余电源的正常工作，汽车能安全停车，保障车内人员安全。

这样，能在IGBT模块异常损坏导致G和E之间短路时，立即起到保护作用，保证电源故障不扩大化，不会影响其余电源的正常工作，汽车能安全停车，保障车内人员安全。

在一个可选例子中，本发明的方案，在电源的输入端利用功率P沟道MOS管设计了防反接保护电路，该电路元器件少，物料成本低，电路的可靠性高，避免电池和电子元器件因电压反向而击穿，提高了整车安全。另外，本发明的方案，还在电源输出端利用PNP晶体管设计了短路保护电路，在IGBT模块异常损坏导致G和E之间短路时，立即起到保护作用，保证电源故障不扩大化，不会影响其余电源的正常工作，汽车能安全停车，保障车内人员安全。

可见，本发明的方案，应用环境为新能源电动汽车，适合所有电动汽车中控制器电源工作场合。在驱动模块IGBT异常损坏导致G-E之间短路时，该电路能立即起到保护作用，不会影响其他驱动模块电源的正常工作，这样就能可靠的控制其余IGBT的关断，安全停车，保障车内人员安全，这对电动汽车来说至关重要。另外，本发明的方案中负载短路保护电路是一种新的实现方法，而且电路简单，在驱动板PCB布局时是很方便实现的。

下面结合图2至图4所示的例子，对本发明的方案的具体实现过程进行示例性说明。

图2为电源的输入输出保护电路图。如图2所示，电源的输入输出保护电路，包括：输入防反接保护电路A、反激式开关电源电路B和负载短路保护电路C。

可选地，输入防反接保护电路A，包括：第一二极管D1、第一开关管Q1(如MOS管Q1)、第一电阻R1、第二电阻R2、第二二极管D2(即TVS管D2)。

其中，DC电源的正极连接至第一开关管Q1的漏极，还连接至第一二极管D1的阳极。第一二极管D1的阴极连接至第一开关管Q1的源极，还连接至第二电阻R2的第一端，还连接至第二二极管D2的阴极。第二电阻R2的第二端，连接至第一开关管Q1的栅极，还连接至第一电阻R1的第一端。DC电源的负极连接至第一电阻R1的第二端，还连接至第二二极管D2的阳极。

在输入防反接保护电路A中，MOS管Q1的作用是开关，控制电源DC的开通与关断；第一二极管D1的作用是在上电初始时刻，起到导通作用。第一电阻R1和第二电阻R2的作用是分压，用来控制MOS管Q1的开通。TVS管D2可以用稳压二极管替代，稳压二极管的选取依据是稳压值Vz大于MOS管Q1的开通电压，小于其最大开通电压。

可选地，反激式开关电源电路B，包括：第一电容C1、第二开关管Q2(如MOS管Q2)、变压器T1、第三二极管D3和第二电容C2。

其中，第一电容C1并联在输入防反接保护电路A的输出端，即第一电容C1的第一端接第二二极管D2的阴极，第一电容C1的第二端接第二二极管D2的阳极，第二电容C2并联在负载短路保护电路C的输入端。第一电容C1的第一端连接至变压器T1的原边绕组的同名端，第二开关管Q2的栅极为控制端IC，第二开关管Q2的漏极连接至变压器T1的原边绕组的异名端，第二开关管Q2的源极连接第一电容C1的第二端并接变压器T1的副边绕组的异名端。变压器T1的副边绕组的异名端连接第三二极管D3的阳极，第三二极管D3的阴极接第二电容C2的第一端。变压器T1的副边绕组的同名端连接第二电容C2的第二端并接数字接地(或参考接地)。

可选地，负载短路保护电路C，包括：第三开关管Q3(如开关管Q3)、第四开关管Q4(如开关管Q4)、第五开关管Q5(如开关管Q5)、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6和负载Rload。

其中，第三电阻R3的第一端接第二电容C2的第一端，还接第五开关管Q5的发射极。第三电阻R3的第二端接第五开关管Q5的基极，还经第四电阻R4和第五电阻R5后连接至第四开关管Q4的基极，第五开关管Q5的集电极经第六电阻R6后连接至负载Rload的第二端。第三电阻R3的第二端还连接至第三开关管Q3的发射极，第三开关管Q3的基极连接至第四电阻R4和第五电阻R5的公共端。第三开关管Q3的基极还连接至第四开关管Q4的发射极。第四开关管Q4的基极连接至第五开关管Q5的集电极。第四开关管Q4的集电极连接第三开关管Q3的集电极，还连接负载Rload的第一端。负载Rload的第二端接第二电容C2的第二端。

在负载短路保护电路C中，第三开关管Q3、第四开关管Q4和第五开关管Q5的作用是开关；第三电阻R3的作用是控制第五开关管Q5的开通与关断；第四电阻R4的作用是控制第三开关管Q3的开通与关断；第五电阻R5的作用是控制第四开关管Q4的开通与关断；第六电阻R6的作用是在短路之后，起到负载的作用。

图3为电源的输入防反接保护电路，DC为12V或者24V蓄电池。

如图3所示，电源的输入防反接保护的工作原理，可以包括：当蓄电池的输入极性反接时，第一开关管Q1(即功率P沟道MOS管Q1)不导通，阻断供电回路进行保护；当蓄电池的输入极性正接时，上电瞬间，第一二极管D1先导通，第二电阻R2和第一电阻R1进行分压，第二电阻R2两端电压为左负右正，第一开关管Q1(即功率P沟道MOS管Q1)导通，第一开关管Q1(即功率P沟道MOS管Q1)导通电压低于第一二极管D1导通电压，因此正常工作时，电流从第一开关管Q1(即功率P沟道MOS管Q1)通过，完成电源的输入供电工作。因为第一开关管Q1(即功率P沟道MOS管Q1)导通电压低于第一二极管D1导通电压，所以此电路静态损耗低，更节能。

图4为电源的输出短路保护电路，此处电源为反激式开关电源，常用于IGBT驱动电路中。Us为电池电压值，第三电阻R3为电阻值较小的电阻，电流保护点由第三电阻R3和第六电阻R6共同决定；Rload为负载。

如图4所示，电源的输出短路保护的工作原理，可以包括：当负载正常工作时，流过负载Rload的电流为正常工作所需的电流值I0，流过第三电阻R3的电流近似等于负载Rload的电流为正常工作所需的电流值I0，U1＝I0*R3，因为第三电阻阻值R3较小，U1值较小，低于第五开关管Q5(即PNP晶体管Q5)的导通电压，第五开关管Q5(即PNP晶体管Q5)为截止状态，第六电阻R6两端的电压U3为0，U2＝Us-U1-U3，U2值大于导通电压，第三开关管Q3(即PNP晶体管Q3)和第四开关管Q4(即PNP晶体管Q4)处于饱和导通状态，负载通过所需电流。

当负载处于短路状态时，流过负载Rload的电路远远大于正常工作电流I0，第三电阻R3两端的电压U1大于第五开关管Q5(即PNP晶体管Q5)的导通电压0.7V，第五开关管Q5(即PNP晶体管Q5)导通，第六电阻R6的电压U3处于高电位，U2＝Us-U1-U3，U2电压很低于导通电压，第三开关管Q3(即PNP晶体管Q3)和第四开关管Q4(即PNP晶体管Q4)处于截止状态，负载被断开，起到短路保护的作用。

由于本实施例的汽车所实现的处理及功能基本相应于前述图1所示的装置的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。

经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，通过在电源的输入端设置防反接保护功能，防止电子元件和电池因电压反向而击穿损坏，采用的是用功率P沟道MOS管，降低额定输入电压下产品的静态电流损耗，还可以减少电路元器件，降低物料成本，提高电路的可靠性。

根据本发明的实施例，还提供了对应于汽车的一种汽车的汽车中IGBT驱动电源的保护方法，如图5所示本发明的方法的一实施例的流程示意图。该汽车的汽车中IGBT驱动电源的保护方法可以包括：步骤S110和步骤S120。

在步骤S110处，通过输入防反接保护电路，设置在所述IGBT驱动电源的输入端，可以用于对所述IGBT驱动电源进行输入防反接保护处理，以防止电子元件和电池因电压反向而击穿损坏。

在步骤S120处，通过负载短路保护电路，设置在所述IGBT驱动电源的输出端，可以用于对所述IGBT驱动电源进行输出短路保护，以能在所述IGBT驱动电源中IGBT模块异常损坏导致G和E之间短路时立即起到保护作用。

由此，通过使中IGBT驱动电源的输入端具有防反接保护，输出端具有负载短路保护，可以提升汽车的安全性能，且结构简单、成本低。具体地，在驱动模块IGBT异常损坏导致G-E之间短路时，该电路能立即起到保护作用，不会影响其他驱动模块电源的正常工作，这样就能可靠的控制其余IGBT的关断，安全停车，保障车内人员安全，这对电动汽车来说至关重要。另外，负载短路保护电路是一种新的实现方法，而且电路简单，在驱动板PCB布局时是很方便实现的。

由于本实施例的方法所实现的处理及功能基本相应于前述汽车的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。

经大量的试验验证，采用本实施例的技术方案，通过在电源的输出端设置负载短路保护功能，在IGBT模块异常损坏导致G和E之间短路时，立即起到保护作用，保证电源故障不扩大化，不会影响其余电源的正常工作，汽车能安全停车，保障车内人员安全。

综上，本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (6)

1.一种汽车中IGBT驱动电源的保护装置，其特征在于，包括：输入防反接保护电路和负载短路保护电路；其中，

所述输入防反接保护电路，设置在所述IGBT驱动电源的输入端，用于对所述IGBT驱动电源进行输入防反接保护处理；

所述负载短路保护电路，设置在所述IGBT驱动电源的输出端，用于对所述IGBT驱动电源进行输出短路保护；

所述负载短路保护电路，包括：第一控制模块、第二控制模块、第三控制模块和短路保护模块；其中，

所述第一控制模块、所述第二控制模块、所述第三控制模块和所述短路保护模块自上向下依次设置；所述第二控制模块和所述第三控制模块形成的控制支路，与所述第一控制模块并联设置；

所述第一控制模块，包括：第三电阻和第五开关管；第二控制模块，包括：第四电阻和第三开关管；第三控制模块，包括：第五电阻和第四开关管；短路保护模块，包括：第六电阻；其中，

所述第三电阻的第一端接所述IGBT驱动电源的输出端的第一端，还接第五开关管的第一连接端；所述第三电阻的第二端接所述第五开关管的控制端，还经所述第四电阻和所述第五电阻后连接至所述第四开关管的控制端，所述第五开关管的第二连接端经所述第六电阻后连接至负载的第二端；

所述第三电阻的第二端还连接至所述第三开关管的第一连接端，所述第三开关管的控制端连接至第四电阻和第五电阻的公共端；所述第三开关管的控制端还连接至所述第四开关管的第一连接端；所述第四开关管的控制端连接至所述第五开关管的第二连接端；所述第四开关管的第二连接端连接所述第三开关管的第二连接端，还连接负载的第一端。

2.根据权利要求1所述的汽车中IGBT驱动电源的保护装置，其特征在于，所述输入防反接保护电路，包括：第一二极管、第一开关管、第一分压模块、第二分压模块、第二二极管；其中，

DC电源的正极连接至所述第一开关管的第一连接端，还连接至所述第一二极管的阳极；所述第一二极管的阴极连接至所述第一开关管的第二连接端，还连接至所述第二分压模块的第一端，还连接至所述第二二极管的阴极；所述第二分压模块的第二端，连接至第一开关管的控制端，还连接至第一分压模块的第一端；

DC电源的负极连接至第一分压模块的第二端，还连接至第二二极管的阳极。

3.根据权利要求2所述的汽车中IGBT驱动电源的保护装置，其特征在于，所述第一开关管包括P沟道MOS管，所述第二二极管包括TVS管，所述第一分压模块包括第一电阻，所述第二分压模块包括第二电阻。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的汽车中IGBT驱动电源的保护装置，其特征在于，所述IGBT驱动电源，包括：第一滤波模块、第二滤波模块、第二开关管、变压器和第三二极管；其中，

所述第一滤波模块设置在所述输入防反接电路的输出端，所述第二滤波模块设置在所述负载短路保护电路的输入端；所述变压器的原边绕组和所述第二开关管构成的原边控制支路与所述第一滤波模块并联；所述变压器的副边绕组和所述第三二极管构成的副边控制支路与所述第二滤波模块并联。

5.一种汽车，其特征在于，包括：如权利要求1至4中任一项所述的汽车中IGBT驱动电源的保护装置。

6.一种如权利要求5所述的汽车的汽车中IGBT驱动电源的保护方法，其特征在于，包括：

通过输入防反接保护电路，设置在所述IGBT驱动电源的输入端，用于对所述IGBT驱动电源进行输入防反接保护处理；

通过负载短路保护电路，设置在所述IGBT驱动电源的输出端，用于对所述IGBT驱动电源进行输出短路保护。

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